CDD Doctorant Étude des vortex acoustiques spatio-temporels pour la manipulation de particules et de ce

Sujet de thèse :
Contexte du projet :
Les vortex spatio-temporels (VST) représentent une classe de champs structurés de pointe. Introduits il y a une dizaine d’années en optique, ils n’ont été observés expérimentalement et décrits analytiquement en acoustique qu'il y a quelques années. Ils correspondent à des faisceaux acoustiques portant une singularité de phase dans le domaine mixte espace–temps, ce qui engendre un moment angulaire orbital L dont la direction n’est pas nécessairement alignée avec l’axe de propagation et peut être contrôlée par structuration spatio-temporelle. Cela contraste fortement avec les faisceaux acoustiques conventionnels, pour lesquels L est aligné avec la direction de propagation. Certains faisceaux acoustiques conventionnels permettent un mouvement elliptique des particules et induisent ainsi un moment angulaire de spin acoustique S, propriété formellement analogue à la polarisation des ondes électromagnétiques. Les VST portent de manière générale un moment S dont l’orientation peut être contrôlée indépendamment. En raison de ces moments angulaires, les VST offrent des possibilités inédites pour la manipulation de particules. Le transfert de L et de S du faisceau vers les particules irradiées induit leur mise en mouvement via des forces et des couples de rayonnement dépendant du temps, permettant des dynamiques particulaires impossibles à obtenir avec des faisceaux stationnaires. Grâce à ces degrés de liberté supplémentaires, la manipulation de particules au moyen des VST pourrait trouver des applications dans les cellules biologiques, en distinguant les différentes réponses au champ de cellules de types variés présentant des rigidités différentes. En tant que champs structurés polychromatiques relativement complexes, les VST présentent certains défis tant du point de vue analytique qu’expérimental. La plupart des descriptions théoriques élaborées des champs acoustiques et de leur interaction avec les particules, ainsi que les relations de conservation, reposent sur l’hypothèse de monochromaticité des champs ; une révision des bases théoriques est donc nécessaire. Du point de vue de la génération, la conception de sources permettant à la fois un couplage espace–temps et une large bande passante est particulièrement difficile. Un autre problème réside dans l’intégration de la source au sein d’un environnement microfluidique dans lequel les particules sont immergées.

Objectifs :
Dans le cadre de cette thèse de doctorat, nous visons la description analytique, l’optimisation numérique et l’observation expérimentale potentielle de la manipulation de particules par des VST acoustiques. Grâce à l’optimisation de l’interaction champ–particule, notamment du couple induit, les paramètres nécessaires du faisceau devront être déterminés, révélant ainsi les propriétés du système générateur. L’objectif à long terme est de distinguer de véritables cellules cancéreuses par l’observa
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